CN117695006A - 一种电磁导航发生装置、方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本实施例提供一种电磁导航发生装置、方法及系统，涉及电磁导航技术，通过电磁铁模块实现将血管介入器械移动至目标位置，其中，电磁铁模块中包括至少两组电磁铁单元，每组电磁铁单元中包括两块电磁铁，各组的两块电磁铁基于电磁铁底座相对设置；轴向移动模块，用于控制电磁铁和血管介入器械沿轴向方向移动；空间移动模块，通过电磁铁线包单元实现将输入电流生成磁场，使得电磁铁生成组合磁场，基于组合磁场，确定介入器械的移动方向，用于根据行驶方向和移动方向，控制血管介入器械移动至目标位置。本实施例提供的装置磁场变换效率更高，能够更高效控制磁导管和导丝进行运动，能够适配更多手术室环境。
Description
技术领域
本说明书实施例涉及电磁导航技术领域，特别涉及一种电磁导航发生装置、方法及系统。
背景技术
磁导航是指通过磁场的变化来控制位于磁场中磁性体，按照事先设定方式进行移动。磁场变化包括磁场大小以及方向的变化。
在介入手术领域，若要通过磁场来控制病人血管内的介入导管移动一般需要的磁场强度在0.05T-0.1T左右，产生上述磁场强度的磁场所需的磁体体积一般较大，传统手术中需要通过控制两块体型庞大的永磁体不停变换空间位置，通过改变永磁体产生磁场的磁场方向和磁场大小来驱动血管内的磁性导管进行对应手术动作。
有鉴于此，如何高效控制介入器械在血管中的运动，成为当前亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本说明书实施例提供了一种电磁导航发生装置。本说明书一个或者多个实施例同时涉及一种应用于电磁导航发生装置端的电磁导航发生方法、一种应用于电磁导航发生装置端的电磁导航发生装置、一种应用于用户端的电磁导航发生方法、一种应用于用户端的电磁导航发生装置、以及一种电磁导航发生系统，一种计算设备以及一种计算机可读存储介质，以解决现有技术中存在的技术缺陷。
根据本说明书实施例的第一方面，提供了一种电磁导航发生装置，包括：
电磁铁模块，用于控制血管介入器械移动至目标位置，其中，所述电磁铁模块中包括至少两组电磁铁单元，每组电磁铁单元中包括两块电磁铁，各组的两块电磁铁基于电磁铁底座相对设置；
轴向移动模块，用于控制所述电磁铁和所述血管介入器械沿轴向方向移动，其中，所述轴向移动模块包括升降单元和电机驱动单元，所述升降单元用于控制所述电磁铁的运动方向，所述电机驱动单元用于控制所述血管介入器械头端的行驶方向，所述运动方向包括上升或下降，所述行驶方向包括前进或后移；
空间移动模块，通过电磁铁线包单元实现将输入电流生成磁场，使得所述电磁铁生成组合磁场，基于所述组合磁场，确定所述介入器械头端的所指方向，用于根据所述介入器械头端的指向和轴向移动方向，控制血管介入器械移动至目标位置，其中，所述空间移动模块包括双极程控电源单元，所述双极程控电源单元用于为所述电磁铁模块供电，以使所述电磁铁模块产生组合磁场，所述组合磁场包括任意方向的磁场。
根据本说明书实施例的第二方面，提供了一种电磁导航发生方法，应用于电磁导航发生装置端，包括：
接收工作站主机系统发送的目标指令，其中，所述目标指令为控制血管介入器械移动到目标位置的指令；
基于所述目标指令，通过电机驱动单元控制所述血管介入器械头端的行驶方向，通过升降单元控制电磁铁模块中的至少一个电磁铁的运动方向，其中，所述行驶方向为控制所述血管介入器械的前进或后退，所述运动方向为控制所述电磁铁上升或下降；
基于所述目标指令，确定所述电磁铁模块中各个电磁铁的组合电流，其中，所述组合电流包括各个所述电磁铁的电流强度和电流方向；
启动双极程控电源，基于所述组合电流，为所述电磁铁模块中各个电磁铁进行供电，生成所述电磁铁模块的组合磁场，其中，所述组合磁场包括任意方向的磁场；
基于所述组合磁场，控制血管介入器械头端的所指方向，并根据所述介入器械头端的指向和行驶方向，控制所述血管介入器械移动到目标位置。
根据本说明书实施例的第三方面，提供了一种电磁导航发生装置，应用于电磁导航发生装置端，包括：
接收模块，被配置为接收工作站主机系统发送的目标指令，其中，所述目标指令为控制血管介入器械移动到目标位置的指令；
轴向控制模块，被配置为基于所述目标指令，通过电机驱动单元控制所述血管介入器械头端的行驶方向，通过升降单元控制电磁铁模块中的至少一个电磁铁的运动方向，其中，所述行驶方向为控制所述血管介入器械的前进或后退，所述运动方向为控制所述电磁铁上升或下降；
电流确定模块，被配置为基于所述目标指令，确定所述电磁铁模块中各个电磁铁的组合电流，其中，所述组合电流包括各个所述电磁铁的电流强度和电流方向；
磁场生成模块，被配置为启动双极程控电源，基于所述组合电流，为所述电磁铁模块中各个电磁铁进行供电，生成所述电磁铁模块的组合磁场，其中，所述组合磁场包括任意方向的磁场；
移动模块，被配置基于所述组合磁场，控制血管介入器械头端的所指方向，并根据所述介入器械头端的指向和行驶方向，控制所述血管介入器械移动到目标位置。
根据本说明书实施例的第四方面，提供了一种电磁导航发生方法，应用于用户端，包括：
通过血管造影系统，获取介入器械在血管内的实时位置；
基于所述实时位置，通过所述血管造影系统发送目标指令至工作站主机系统，其中，所述目标指令为控制血管介入器械移动至目标位置的指令。
根据本说明书实施例的第五方面，提供了一种电磁导航发生装置，应用于用户端，包括：
获取模块，被配置为通过血管造影系统，获取介入器械在血管内的实时位置；
发生模块，被配置为基于所述实时位置，通过所述血管造影系统发送目标指令至工作站主机系统，其中，所述目标指令为控制血管介入器械移动至目标位置的指令。
根据本说明书实施例的第六方面，提供了一种电磁导航发生系统，其特征在于，包括：
血管造影系统，用于获取介入器械在血管内的实时位置，并在用户端界面进行展示；
用户端，用于基于所述实时位置，通过所述血管造影系统，发送目标指令至工作站主机系统；
工作站主机系统，用于接收所述目标指令，并对所述目标指令进行分析，生成分析结果，将所述分析结果至电磁导航发生装置，其中，所述分析结果包括血管介入器械头端的行驶方向，电磁铁模块中各个电磁铁的运动方向，以及双极程控电源为电磁铁模块中各个电磁体进行供电的组合；
电磁导航发生装置端，用于接收工作站主机系统发送的目标指令；基于所述目标指令，通过电机驱动单元控制所述血管介入器械头端的行驶方向，通过升降单元控制电磁铁模块中的至少一个电磁铁的运动方向；基于所述目标指令，确定所述电磁铁模块中各个电磁铁的组合电流；启动双极程控电源，基于所述组合电流，为所述电磁铁模块中各个电磁铁进行供电，生成所述电磁铁模块的组合磁场；基于所述组合磁场，控制血管介入器械头端的所指方向，并根据所述介入器械头端的指向和行驶方向，控制所述血管介入器械移动到目标位置。
根据本说明书实施例的第七方面，提供了一种计算机设备，包括：
存储器和处理器；
所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现上述电磁导航发生方法的步骤。
根据本说明书实施例的第八方面，提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该指令被处理器执行时实现上述电磁导航发生方法的步骤。
本说明书一个实施例提供的电磁导航发生装置，通过电磁铁模块实现将血管介入器械移动至目标位置，其中，所述电磁铁模块中包括至少两组电磁铁单元，每组电磁铁单元中包括两块电磁铁，各组的两块电磁铁基于电磁铁底座相对设置；轴向移动模块，用于控制所述电磁铁和所述血管介入器械沿轴向方向移动，其中，所述轴向移动模块包括升降单元和电机驱动单元，所述升降单元用于控制所述电磁铁的运动方向，所述电机驱动单元用于控制所述血管介入器械头端的行驶方向，所述运动方向包括上升或下降，所述行驶方向包括前进或后移；空间移动模块，通过电磁铁线包单元实现将输入电流生成磁场，使得所述电磁铁生成组合磁场，基于所述组合磁场，确定所述介入器械头端的所指方向，用于根据所述介入器械头端的指向和轴向移动方向，控制血管介入器械移动至目标位置，其中，所述空间移动模块包括双极程控电源单元，所述双极程控电源单元用于为所述电磁铁模块供电，以使所述电磁铁模块产生组合磁场，所述组合磁场包括任意方向的磁场。
应用本说明书实施例提供的装置，通过对至少四个电磁铁单元的电流控制，即可实现水平平面360度方向内任意磁场方向的控制，通过升降单元控制手术床两侧的电磁铁模块的升降，使手术床两侧的电磁铁模块存在一定高度差，即可实现垂直方向内垂直分磁场的控制，由垂直分磁场来控制导管或导丝在垂直方向上的操控。因此，本说明书实施例提供的装置不需要通过电磁铁的空间位置变换来控制磁场方向和磁场强度大小，相较于传统方式，磁场变换效率更高，能够更高效控制磁导管和导丝进行运动，且对手术室空间要求较低，能够适配更多手术室环境。
附图说明
图1是本说明书一个实施例提供的一种电磁导航发生装置的框架示意图；
图2是本说明书一个实施例提供的一种电磁导航发生装置中电磁铁模块的结构示意图；
图3是本说明书一个实施例提供的一种电磁导航发生装置中电磁铁模块与水冷单元的结构示意图；
图4是本说明书一个实施例提供的一种电磁导航发生系统的结构示意图；
图5是本说明书一个实施例提供的一种应用于电磁导航发生装置端的电磁导航发生方法的流程示意图；
图6是本说明书一个实施例提供的一种电磁导航发生方法中同侧极性相同，对侧极性相反的磁场仿真示意图；
图7是本说明书一个实施例提供的一种电磁导航发生方法中同侧极性相反，对侧极性相同的磁场仿真示意图；
图8是本说明书一个实施例提供的一种电磁导航发生方法中两个对角线圈通电，极性相反的磁场仿真示意图；
图9是本说明书一个实施例提供的一种电磁导航发生方法中两端电磁铁存在高度差时的主视结构图和主视磁感线分布仿真图示意图；
图10是本说明书一个实施例提供的一种应用于电磁导航发生装置端的电磁导航发生装置的结构示意图；
图11是本说明书一个实施例提供的一种应用于用户端的电磁导航发生方法的流程示意图；
图12是本说明书一个实施例提供的一种应用于用户端的电磁导航发生装置的结构示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本说明书。但是本说明书能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本说明书内涵的情况下做类似推广，因此本说明书不受下面公开的具体实施的限制。
在本说明书一个或多个实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本说明书一个或多个实施例。在本说明书一个或多个实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本说明书一个或多个实施例中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本说明书一个或多个实施例中可能采用术语第一、第二等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本说明书一个或多个实施例范围的情况下，第一也可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
近年来，磁导航技术在医疗领域崭露头角，成为医学研究的焦点。通过磁场传感器和控制系统，磁导航技术能够在介入手术、心血管手术、神经外科手术以及磁共振引导下的治疗等方面发挥关键作用。
在介入手术中，植入磁感应器或应用可操控的磁场，使医生能够实时导航和定位导航目标，提高手术的精确性；在心血管手术中，磁导航技术为导管插入和心脏血管操作提供了更高的准确性和灵活性；在神经外科手术方面，磁导航技术对于准确定位和引导手术工具至关重要，尤其在处理复杂神经结构和实现微创手术时表现出色。此外，磁导航技术在磁共振引导下的治疗中也发挥着关键作用，确保治疗目标的准确定位和监控。
综合而言，磁导航技术为医疗实践提供了更高的导航精度和实时性，对于改善手术安全性、精准度以及扩大无创手术应用范围具有重要意义。在这一背景下，基于磁导航技术的医疗导航系统应运而生，旨在克服传统医学导航系统的局限性，为医疗行业带来更大的创新和进步。
目前，磁导航技术主要采用永磁体导航，尤其在工作间距较长的环境中应用广泛。然而，为达到目标磁场强度通常永磁体的体积都比较大，工作过程中不仅操控效率低，且对手术室空间环境存在非常高要求，在永磁体转动空间幅度内均不可架设其他手术器材，在永磁体近距离内可能导致磁场强度过高，对周围其他设备产生不可忽视的影响。
传统的磁导航控制装置存在如下缺陷：采用永磁体作为磁场源，产品的质量都非常大，为避免产生安全隐患，需要对手术室地面进行加固处理，因此需要适配定制的手术室才能进行使用，无法适配现有大部分手术室；手术中需要通过改变两块永磁体的相对空间方向以及相对空间距离来改变所产生磁场的磁场方向和磁场强度，因永磁体本身体积就非常大，需要非常大的空间来支持两块体积庞大的永磁体进行转动和相对距离的调节，其与X光机的C形臂存在空间位置冲突，手术过程中需要先撤下C形臂才能进行磁导航操作，使用极其不便；永磁体体积和质量都非常大，通过转动来调节磁场方向的速度较慢效率不高；永磁体的磁场一致都存在，没办法进行关闭，容易造成对手术环境的磁场干扰，引发安全事故。
为了对以上传统磁导航装置缺陷进行改良，本发明提出了一种电磁导航发生装置，其中，本说明书中的电磁导航发生装置以可升降四级电磁导航发生装置为例。具体的，可升降四极电磁铁发生装置包括四个独立电源控制的电磁铁模块，四个电磁铁两两相对设置在手术床的两侧，通过四个电磁铁模块的电流控制即可实现水平平面360度方向内任意磁场方向的控制，分别控制手术床两侧的电磁铁模块升降，使手术床两侧的电磁铁模块存在一定高度差，产生垂直方向的垂直分磁场，由垂直分磁场来控制导管或导丝在垂直方向上的操控。因而不需要通过电磁铁的空间位置变换来控制磁场方向和磁场强度大小，相较于传统方式，磁场变换效率更高，能够更高效控制磁导管和导丝进行运动，且对手术室空间要求较低，能够适配更多手术室环境。
在本说明书中，提供了一种电磁导航发生装置，本说明书同时涉及一种应用于电磁导航发生装置端的电磁导航发生方法、一种应用于电磁导航发生装置端的电磁导航发生装置、一种应用于用户端的电磁导航发生方法、一种应用于用户端的电磁导航发生装置、以及一种电磁导航发生系统，一种计算设备，以及一种计算机可读存储介质，在下面的实施例中逐一进行详细说明。
参见图1，图1是本说明书一个实施例提供的一种电磁导航发生装置的框架示意图。如图1所示，电磁导航发生装置100包括电磁铁模块101、轴向移动模块102和空间移动模块103。
具体的，电磁铁模块，用于控制血管介入器械移动至目标位置，其中，所述电磁铁模块中包括至少两组电磁铁单元，每组电磁铁单元中包括两块电磁铁，各组的两块电磁铁基于电磁铁底座相对设置。本说明书实施例中，通过可升降四极电磁铁发生装置，控制血管内的介入器械实现自动导航，控制介入器械头端前进方向，最终导航至目的血管位置。
更具体的，所述电磁铁底座，包括基座和支撑部，所述基座由至少两个L形的框架构成，所述支撑部之间相互平行，所述支撑部的数量与电磁铁的数量对应，各支撑部分别用以接入一块电磁铁。
参见图2，图2是本说明书一个实施例提供的一种电磁导航发生装置中电磁铁模块的结构示意图，其中，图2中（1）为正视图，（2）为侧视图，（3）为俯视图以及（4）为三维试图。如图2所示，电磁铁模块101由导铁单元201、电磁铁线包单元202、升降单元203和水冷单元204组成，其中，电磁铁线包单元，设置于所述导铁单元外围；水冷单元，在所述电磁铁线包单元外圈的目标空间范围内设置水冷套管，用于控制所述电磁铁线包单元的温度保持在目标温度阈值范围内。
实际应用中，四个电磁铁两两相对设置在电磁铁底座两端，电磁铁发射面均朝电磁铁底座中心设置，所述的电磁铁底座上设置有升降装置，可分别控制电磁铁底座两端的电磁铁模块的上升和下降。本说明书实施例通过控制底座两端的电磁铁升降，形成高度差，由此产生纵向磁场分量，通过对该纵向磁场分量进行调节，来对介入器械头端在纵向竖直方向上的控制，纵向磁场分量可通过调节电磁铁磁场强度和纵向磁场方向两种方式进行调节，纵向磁场方向的调整通过两端电磁铁高度差调节来实现。
导铁单元的导铁材质选用DT4电工纯铁或1010-1040低碳钢，密度取值7.5ton/m3-8.5ton/m3,重量0.5吨-1.0吨。
电磁铁线包单元的线包材质选用无氧铜漆包线，密度取值8.5ton/m3-9.5ton/m3,线包总体积为不大于0.12m3，采用方截面导线，填充率设为不大于1.0，导铁和导线总重为1.5吨-2.0吨。
其中，线包参数和发热功率非常相关，通常导线的横截面积较大时，每个线圈的直流电阻较小，从而可以减少线包的发热，控制温度上升。
在导线采用5mm*5mm方形截面的漆包无氧铜线时，导线的横截面积为25mm，线圈的直流电阻在0.86欧姆，此时在同样的线圈电流下，可以用小电压电源来降低线圈发热功率。
在导线采用4mm*4mm方形截面的漆包无氧铜线时，导线导电的横截面积为16mm，线圈的直流电阻为2.12欧姆，此时在同样的线圈电流下，电压和发热功率相比5mm*5mm导线，升高2.5倍。
在导线采用3mm*3mm方形截面的漆包无氧铜线时，导线导电的横截面积为16mm，线圈的直流电阻为6.89欧姆，此时在同样的线圈电流下，电压和发热功率相比5mm*5mm导线，升高8倍。
根据上述分析，在线包体积恒定和绕制工艺允许的条件下，搭配低电压大电流的电源，使用较粗的导线可在一定范围内，获得较高的填充率和较低的热阻，对控制线包的发热和温升有利。
参见图3，图3是本说明书一个实施例提供的一种电磁导航发生装置中电磁铁模块与水冷单元的结构示意图。如图3所示，在电磁铁模块的每个线包外圈预留10mm的空间，用于布置水冷套管，从而构成水冷单元204，由于受电磁铁的发热功率影响，电磁铁高功率运行时，线包的发热量较大，需配合水冷套管和大功率水冷机使用，每个线包连接一台水冷机，冷却功率5KW以上，不可用一台冷水机串联或并联四个线包，避免出现进水温度不均衡或流量不均衡的情况，有效减少线包发热，控制线包温度上升。
轴向移动模块，用于控制所述电磁铁和所述血管介入器械沿轴向方向移动，其中，所述轴向移动模块包括升降单元和电机驱动单元，所述升降单元用于控制所述电磁铁的运动方向，所述电机驱动单元用于控制所述血管介入器械头端的行驶方向，所述运动方向包括上升或下降，所述行驶方向包括前进或后移。
具体的，所述升降单元与所述电磁铁底座的所述支撑部连接，所述升降单元的各个升降组件与所述基座水平。
空间移动模块，通过电磁铁线包单元实现将输入电流生成磁场，使得所述电磁铁生成组合磁场，基于所述组合磁场，确定所述介入器械头端的所指方向，用于根据所述介入器械头端的指向和轴向移动方向，控制血管介入器械移动至目标位置，其中，所述空间移动模块包括双极程控电源单元，所述双极程控电源单元用于为所述电磁铁模块供电，以使所述电磁铁模块产生组合磁场，所述组合磁场包括任意方向的磁场。
具体的，所述双极控电源，用于设定所述电磁铁模块中各电磁铁的电流强度和电流方向，得到组合电流，并基于所述组合电流，使得所述电磁铁模块产生组合磁场。本说明书中通过四个双极程控电源为电磁铁导线部分提供电流，可通过工作站主机系统的空间方向控制算法模块，根据DSA血管造影影像系统呈现的血管角度，实时改变四个线圈的电流大小和方向，实现磁场方向在平面内的旋转，构成磁场方向与血管角度方向相同的工作磁场，从而引导血管内的柔性导丝和导管沿血管通路运动。
应用本说明书实施例提供的电磁导航发生装置，不需要通过电磁铁的空间位置变换来控制磁场方向和磁场强度大小，相较于传统方式，磁场变换效率更高，能够更高效控制磁导管和导丝进行运动，且对手术室空间要求较低，能够适配更多手术室环境。
参见图4，图4是本说明书一个实施例提供的一种电磁导航发生系统的结构示意图。该电磁导航发生系统用来通过磁场变换控制血管内的介入器械，如磁性导丝及导管，在磁力作用下作出指定动作，最终导航到目标血管位置。如图4所示，该电磁导航发生系统400包括：
血管造影系统402，用于获取介入器械在血管内的实时位置，并在用户端界面进行展示；
用户端404，用于基于所述实时位置，通过所述血管造影系统，发送目标指令至工作站主机系统；
工作站主机系统406，用于接收所述目标指令，并对所述目标指令进行分析，生成分析结果，将所述分析结果至电磁导航发生装置，其中，所述分析结果包括血管介入器械头端的行驶方向，电磁铁模块中各个电磁铁的运动方向，以及双极程控电源为电磁铁模块中各个电磁体进行供电的组合；
电磁导航发生装置端408，用于接收工作站主机系统发送的目标指令；基于所述目标指令，通过电机驱动单元控制所述血管介入器械头端的行驶方向，通过升降单元控制电磁铁模块中的至少一个电磁铁的运动方向；基于所述目标指令，确定所述电磁铁模块中各个电磁铁的组合电流；启动双极程控电源，基于所述组合电流，为所述电磁铁模块中各个电磁铁进行供电，生成所述电磁铁模块的组合磁场；基于所述组合磁场，控制血管介入器械头端的所指方向，并根据所述介入器械头端的指向和行驶方向，控制所述血管介入器械移动到目标位置。
在血管介入手术中，用户端（如术者）通过DSA血管造影系统实时获取介入器械在血管内的位置，从而在工作站主机上发出下一步控制指令，包括轴向移动方向（如前进/后移）的移动指令以及空间方向（平面空间）的方向变化指令，其中前进/后撤的指令发送给电机驱动模块，由电机驱动模块通过体外部分导管或导丝物理传动驱动介入器械在血管内的前进或后移，导管或导丝头端空间方向的变化指令发送给双极程控电源，完成空间方向的的变化，实现在人体血管内的导航操作。
在电磁导航发生装置处于工作状态时，根据用户端（即术者）输入的控制指令，由工作站主机系统的空间方向控制算法模块计算该命令对应的四个电磁铁极性设置以及磁场大小，同时转换为对应四个双极程控电源的的电流方向以及电流的大小数据，控制四个双极程控电源按要求输出对应的电流，由此形成对应控制命令所需磁场，控制磁性导管/导丝进行对应手术动作，通过电机驱动模块控制导管的前进/后撤，到达下一个位置，重复执行上述指令，直至用户端发送结束指令，则关闭电源。
具体的，通过电机驱动模块控制血管介入器械（即导丝/导管）的行驶方向（前进/后移），通过电磁铁模块对血管介入导丝/导管头端空间方向进行控制。
所述的电磁铁的数量为不少于四个，分别由四个双极程控电源提供电能，所述的四个双极程控电源用来给电磁铁供电，程控电源可用于设定电流强度以及电流方向。
所述的工作站主机系统，控制四个双极程控电源输出经空间方向控制算法模块计算所得的组合电流，通过产生不同大小方向的组合电流，使得四极电磁铁装置在平面空间内产生一个360度方向和磁场强度可变的组合磁场，由此控制四极电磁铁模块输出特定方向以及磁场大小的组合磁场，控制头端含磁性材料的介入导管/导丝在磁场所在平面360度方向内的移动。
本说明书实施例根据DSA血管造影影像系统获取血管影像信息，其中，这里的血管影像信息包括血管的走向（血管朝向角度）；将所获取的血管影像信息输入至工作站主机系统，由工作站主机系统将血管走向拆分为X、Y、Z三个方向上三个空间坐标，根据上述空间坐标由工作站主机系统利用空间方向控制算法模块，计算出生成磁场方向与血管空间方向相同的磁场所需要的各部分参数，包括四个双极程控电源输出的电流方向、电流大小以及底座两端电磁铁之间的高度差；空间方向控制算法模块设定控制程序时，需要加入介入器械重力自适应程序，在设定纵向（Z轴方向）磁场强度时，在空间磁场方向设定的基础上，额外叠加一个竖直向上的磁场，该磁场分量用于抵消导管自身重力，使导管在血管中始终处于悬浮状态，手术过程中术者只需要控制前进后退的指令即可控制导管在血管内的自动导航，导管头端的受力方向始终与血管走向方向保持一致。
应用本说明书实施例提供的电磁导航发生系统，不需要通过电磁铁的空间位置变换来控制磁场方向和磁场强度大小，相较于传统方式，磁场变换效率更高，能够更高效控制磁导管和导丝进行运动，且对手术室空间要求较低，能够适配更多手术室环境。
参见图5，图5是本说明书一个实施例提供的一种应用于电磁导航发生装置端的电磁导航发生方法的流程示意图，具体包括以下步骤。
步骤S502：接收工作站主机系统发送的目标指令，其中，所述目标指令为控制血管介入器械移动到目标位置的指令。
步骤S504基于所述目标指令，通过电机驱动单元控制所述血管介入器械头端的行驶方向，通过升降单元控制电磁铁模块中的至少一个电磁铁的运动方向，其中，所述行驶方向为控制所述血管介入器械的前进或后退，所述运动方向为控制所述电磁铁上升或下降。
步骤S506：基于所述目标指令，确定所述电磁铁模块中各个电磁铁的组合电流，其中，所述组合电流包括各个所述电磁铁的电流强度和电流方向。
步骤S508：启动双极程控电源，基于所述组合电流，为所述电磁铁模块中各个电磁铁进行供电，生成所述电磁铁模块的组合磁场，其中，所述组合磁场包括任意方向的磁场。
步骤S510：基于所述组合磁场，控制血管介入器械头端的所指方向，并根据所述介入器械头端的指向和行驶方向，控制所述血管介入器械移动到目标位置。
本说明书实施例中，所述基于所述组合磁场，控制血管介入器械头端的所指方向，包括：
在所述电磁铁模块中，各个电磁铁处于同一水平面的情况下，根据各个所述电磁铁的极性，以及磁场强度大小，控制所述电磁铁模块的组合磁场，并基于所述组合磁场，控制血管介入器械头端的所指方向；
在所述电磁铁模块中，各个电磁铁之间存在高度差的情况下，根据各个所述电磁铁的高度差，以及所述双极程控电流为各个所述电磁铁进行供电的电流大小，控制所述电磁铁模块的组合磁场，并控制血管介入器械头端的所指方向。
本说明书实施例中，所述在所述电磁铁模块中，各个电磁铁处于同一水平面的情况下，根据各个所述电磁铁的极性，以及磁场强度大小，控制所述电磁铁模块的组合磁场，包括：
在所述电磁铁模块中，同侧极性相同，对侧极性相反的情况下，根据各个所述电磁铁的极性，以及磁场强度大小，控制所述电磁铁模块的组合磁场；
在所述电磁铁模块中，同侧极性相反，对侧极性相同的情况下，根据各个所述电磁铁的极性，以及磁场强度大小，控制所述电磁铁模块的组合磁场；
在所述电磁铁模块中，两个对角线线圈通电，且极性相反的情况下，根据各个所述电磁铁的极性，以及磁场强度大小，控制所述电磁铁模块的组合磁场。
实际应用中，在水平平面空间的磁场方向，可以通过四极电磁铁的极性以及磁场大小做控制，从而实现为不同的极性配置产生不同的磁路方向的磁场。
参见图6，图6是本说明书一个实施例提供的一种电磁导航发生方法中同侧极性相同，对侧极性相反的磁场仿真示意图。如图6所示，组合磁场中间位置的磁场方向为Y轴方向。
参见图7，图7是本说明书一个实施例提供的一种电磁导航发生方法中同侧极性相反，对侧极性相同的磁场仿真示意图。如图7所示，组合磁场中间位置的磁场方向为X轴方向。
参见图8，图8是本说明书一个实施例提供的一种电磁导航发生方法中两个对角线圈通电，极性相反的磁场仿真示意图。如图8所示，设左上角和右下角的线圈通电，剩余两个对角线圈处于不通电状态，此时，磁场在XY平面内偏转指向45度方向。
上述三种示例分别为Y轴方向、X轴方向和45度角磁场方向时，四个电磁铁极性配置示意图，可通过调节磁场强度大小的方法来构建XY平面内其他角度的磁场，四极电磁铁可以采用主副线圈配合的方式，实现磁场XY平面内偏转角度可调。
其中，两个对角电磁铁线包电流恒定极性相反，称为主线圈，另外两个对角电磁铁线包辅以不同大小和方向的电流，称为副线圈。
当主线圈电流恒定在85KA，副线圈电流在75、50、25、0、-25、-50、-75kA等电流变化时，四极电磁体可以在XY平面内产生各种不同方向的磁场，从而完成电流对磁场方向的控制作用。
主副线圈磁场相互叠加，对副线圈施加不同大小和方向的电流后，会不同程度地增加/削弱主线圈磁场，因此为了维持目标区磁场强度，主副线圈电流需要实时联动配合，实现磁场最大化。
在垂直平面空间的磁场方向，四极电磁铁模块分别为两两相对设置，此时磁场方向仅可在XY平面内实现任意角度设置，无法单纯通过电磁铁极性变化产生纵向磁场，本发明通过升降单元，分别控制底座两端的电磁铁进行垂直上升和下降，使底座两端的电磁铁形成一定高度差，如图9所示，图9是本说明书一个实施例提供的一种电磁导航发生方法中两端电磁铁存在高度差时的主视结构图和主视磁感线分布仿真图示意图。
如图9所示，通过控制底座两端电磁铁模块的升降，使底座两端电磁铁之间存在高度差，如图9右图所示形成的纵向磁场，该纵向磁场（Z方向磁场强度）跟磁场强度正相关，跟相对两个电磁铁之间连线的倾斜角度正相关，即与两端电磁铁之间的高度差正相关，通过双极程控电源的电流大小以及两端电磁铁之间的高度差可对竖直Z方向磁场强度进行调整。
应用本说明书实施例提供的电磁导航发生方法，通过控制四个电磁铁线圈电流的方向以及大小来控制磁场方向和大小，不仅解决了永磁体体积大质量大操控不便的问题，同时还提高了磁导管的控制速率，加快手术进程提高手术效率，在平时可关闭电磁铁，避免磁场干扰其他设备的正常运行；通过工作站主机系统空间方向控制算法模块，利用磁场变化自动控制导管在血管内的转向，术者只需要对介入器械轴向位移进行控制，大幅提高了手术效率，相较于传统方式，磁场变换效率更高，能够更高效控制磁导管和导丝进行运动，且对手术室空间要求较低，能够适配更多手术室环境。
与上述方法实施例相对应，本说明书还提供了应用于电磁导航发生装置端的电磁导航发生装置实施例，图10是本说明书一个实施例提供的一种应用于电磁导航发生装置端的电磁导航发生装置的结构示意图。如图10所示，该装置包括：
接收模块1002，被配置为接收工作站主机系统发送的目标指令，其中，所述目标指令为控制血管介入器械移动到目标位置的指令；
轴向控制模块1004，被配置为基于所述目标指令，通过电机驱动单元控制所述血管介入器械头端的行驶方向，通过升降单元控制电磁铁模块中的至少一个电磁铁的运动方向，其中，所述行驶方向为控制所述血管介入器械的前进或后退，所述运动方向为控制所述电磁铁上升或下降；
电流确定模块1006，被配置为基于所述目标指令，确定所述电磁铁模块中各个电磁铁的组合电流，其中，所述组合电流包括各个所述电磁铁的电流强度和电流方向；
磁场生成模块1008，被配置为启动双极程控电源，基于所述组合电流，为所述电磁铁模块中各个电磁铁进行供电，生成所述电磁铁模块的组合磁场，其中，所述组合磁场包括任意方向的磁场；
移动模块1010，被配置为基于所述组合磁场，控制血管介入器械头端的所指方向，并根据所述介入器械头端的指向和行驶方向，控制所述血管介入器械移动到目标位置。
可选的，所述移动模块1010，进一步被配置为：
在所述电磁铁模块中，各个电磁铁处于同一水平面的情况下，根据各个所述电磁铁的极性，以及磁场强度大小，控制所述电磁铁模块的组合磁场，并基于所述组合磁场，控制血管介入器械头端的所指方向；
在所述电磁铁模块中，各个电磁铁之间存在高度差的情况下，根据各个所述电磁铁的高度差，以及所述双极程控电流为各个所述电磁铁进行供电的电流大小，控制所述电磁铁模块的组合磁场，并控制血管介入器械的移动方向。
可选的，所述移动模块1010，进一步被配置为：
在所述电磁铁模块中，同侧极性相同，对侧极性相反的情况下，根据各个所述电磁铁的极性，以及磁场强度大小，控制所述电磁铁模块的组合磁场；
在所述电磁铁模块中，同侧极性相反，对侧极性相同的情况下，根据各个所述电磁铁的极性，以及磁场强度大小，控制所述电磁铁模块的组合磁场；
在所述电磁铁模块中，两个对角线线圈通电，且极性相反的情况下，根据各个所述电磁铁的极性，以及磁场强度大小，控制所述电磁铁模块的组合磁场。
应用本说明书实施例提供的电磁导航发生装置，相较于传统方式，磁场变换效率更高，能够更高效控制磁导管和导丝进行运动，且对手术室空间要求较低，能够适配更多手术室环境。
上述为本实施例的一种电磁导航发生装置的示意性方案。需要说明的是，该电磁导航发生装置的技术方案与上述的电磁导航发生方法的技术方案属于同一构思，电磁导航发生装置的技术方案未详细描述的细节内容，均可以参见上述电磁导航发生方法的技术方案的描述。
参见图11，图11是本说明书一个实施例提供的一种应用于用户端的电磁导航发生方法的流程示意图，具体包括以下步骤。
步骤S1102：通过血管造影系统，获取介入器械在血管内的实时位置。
步骤S1104：基于所述实时位置，通过所述血管造影系统发送目标指令至工作站主机系统，其中，所述目标指令为控制血管介入器械移动至目标位置的指令。
与上述方法实施例相对应，本说明书还提供了应用于电磁导航发生装置端的电磁导航发生装置实施例，图12是本说明书一个实施例提供的一种应用于用户端的电磁导航发生装置的结构示意图。如图12所示，该装置包括：
获取模块1202，被配置为通过血管造影系统，获取介入器械在血管内的实时位置；
发送模块1204，被配置为基于所述实时位置，通过所述血管造影系统发送目标指令至工作站主机系统，其中，所述目标指令为控制血管介入器械移动至目标位置的指令。
上述为本实施例的一种电磁导航发生装置的示意性方案。需要说明的是，该电磁导航发生装置的技术方案与上述的电磁导航发生方法的技术方案属于同一构思，电磁导航发生装置的技术方案未详细描述的细节内容，均可以参见上述电磁导航发生方法的技术方案的描述。
本说明书实施例提供的一种计算设备的部件包括但不限于存储器和处理器。处理器与存储器通过总线相连接，数据库用于保存数据。
计算设备还包括接入设备，接入设备使得计算设备能够经由一个或多个网络通信。
在本说明书的一个实施例中，计算设备的上述部件以及其他部件也可以彼此相连接，例如通过总线。应当理解，本领域技术人员可以根据需要，增添或替换其他部件。
其中，处理器用于执行如下计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现上述电磁导航发生方法的步骤。
上述为本实施例的一种计算设备的示意性方案。需要说明的是，该计算设备的技术方案与上述的电磁导航发生方法的技术方案属于同一构思，计算设备的技术方案未详细描述的细节内容，均可以参见上述电磁导航发生方法的技术方案的描述。
本说明书一实施例还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现上述电磁导航发生方法的步骤。
上述为本实施例的一种计算机可读存储介质的示意性方案。需要说明的是，该存储介质的技术方案与上述的电磁导航发生方法的技术方案属于同一构思，存储介质的技术方案未详细描述的细节内容，均可以参见上述电磁导航发生方法的技术方案的描述。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本说明书实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本说明书实施例，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本说明书实施例所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上公开的本说明书优选实施例只是用于帮助阐述本说明书。可选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书实施例的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本说明书实施例的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本说明书。本说明书仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种电磁导航发生装置，其特征在于，包括：
电磁铁模块，用于控制血管介入器械移动至目标位置，其中，所述电磁铁模块中包括至少两组电磁铁单元，每组电磁铁单元中包括两块电磁铁，各组的两块电磁铁基于电磁铁底座相对设置；
轴向移动模块，用于控制所述电磁铁和所述血管介入器械沿轴向方向移动，其中，所述轴向移动模块包括升降单元和电机驱动单元，所述升降单元用于控制所述电磁铁的运动方向，所述电机驱动单元用于控制所述血管介入器械头端的行驶方向，所述运动方向包括上升或下降，所述行驶方向包括前进或后移；
空间移动模块，通过电磁铁线包单元实现将输入电流生成磁场，使得所述电磁铁生成组合磁场，基于所述组合磁场，确定所述介入器械头端的所指方向，根据所述介入器械头端的指向和轴向移动方向，控制血管介入器械移动至目标位置，其中，所述空间移动模块包括双极程控电源单元，所述双极程控电源单元用于为所述电磁铁模块供电，以使所述电磁铁模块产生组合磁场，所述组合磁场包括任意方向的磁场。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电磁铁模块，包括：
导铁单元；
电磁铁线包单元，设置于所述导铁单元外围；
水冷单元，在所述电磁铁线包单元外圈的目标空间范围内设置水冷套管，用于控制所述电磁铁线包单元的温度保持在目标温度阈值范围内。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电磁铁底座，包括基座和支撑部，所述基座由至少两个L形的框架构成，所述支撑部之间相互平行，所述支撑部的数量与电磁铁的数量对应，各支撑部分别用以接入一块电磁铁。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述升降单元与所述电磁铁底座的所述支撑部连接，所述升降单元的各个升降组件与所述基座水平。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述双极控电源，用于设定所述电磁铁模块中各电磁铁的电流强度和电流方向，得到组合电流，并基于所述组合电流，使得所述电磁铁模块产生组合磁场。
6.一种电磁导航发生方法，其特征在于，应用于电磁导航发生装置端，包括：
接收工作站主机系统发送的目标指令，其中，所述目标指令为控制血管介入器械移动到目标位置的指令；
基于所述目标指令，通过电机驱动单元控制所述血管介入器械头端的行驶方向，通过升降单元控制电磁铁模块中的至少一个电磁铁的运动方向，其中，所述行驶方向为控制所述血管介入器械的前进或后退，所述运动方向为控制所述电磁铁上升或下降；
基于所述目标指令，确定所述电磁铁模块中各个电磁铁的组合电流，其中，所述组合电流包括各个所述电磁铁的电流强度和电流方向；
启动双极程控电源，基于所述组合电流，为所述电磁铁模块中各个电磁铁进行供电，生成所述电磁铁模块的组合磁场，其中，所述组合磁场包括任意方向的磁场；
基于所述组合磁场，控制血管介入器械头端的所指方向，并根据所述介入器械头端的指向和行驶方向，控制所述血管介入器械移动到目标位置。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述组合磁场，控制血管介入器械头端的所指方向，包括：
在所述电磁铁模块中，各个电磁铁处于同一水平面的情况下，根据各个所述电磁铁的极性，以及磁场强度大小，控制所述电磁铁模块的组合磁场，并基于所述组合磁场，控制血管介入器械头端的所指方向；
在所述电磁铁模块中，各个电磁铁之间存在高度差的情况下，根据各个所述电磁铁的高度差，以及所述双极程控电流为各个所述电磁铁进行供电的电流大小，控制所述电磁铁模块的组合磁场，并控制血管介入器械头端的所指方向。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述电磁铁模块中，各个电磁铁处于同一水平面的情况下，根据各个所述电磁铁的极性，以及磁场强度大小，控制所述电磁铁模块的组合磁场，包括：
在所述电磁铁模块中，同侧极性相同，对侧极性相反的情况下，根据各个所述电磁铁的极性，以及磁场强度大小，控制所述电磁铁模块的组合磁场；
在所述电磁铁模块中，同侧极性相反，对侧极性相同的情况下，根据各个所述电磁铁的极性，以及磁场强度大小，控制所述电磁铁模块的组合磁场；
在所述电磁铁模块中，两个对角线线圈通电，且极性相反的情况下，根据各个所述电磁铁的极性，以及磁场强度大小，控制所述电磁铁模块的组合磁场。
9.一种电磁导航发生方法，其特征在于，应用于用户端，包括：
通过血管造影系统，获取介入器械在血管内的实时位置；
基于所述实时位置，通过所述血管造影系统发送目标指令至工作站主机系统，其中，所述目标指令为控制血管介入器械移动至目标位置的指令。
10.一种电磁导航发生系统，其特征在于，包括：
血管造影系统，用于获取介入器械在血管内的实时位置，并在用户端界面进行展示；
用户端，用于基于所述实时位置，通过所述血管造影系统发送目标指令至工作站主机系统；
工作站主机系统，用于接收所述目标指令，并对所述目标指令进行分析，生成分析结果，将所述分析结果至电磁导航发生装置，其中，所述分析结果包括血管介入器械头端的行驶方向，电磁铁模块中各个电磁铁的运动方向，以及双极程控电源为电磁铁模块中各个电磁体进行供电的组合；
电磁导航发生装置端，用于接收工作站主机系统发送的目标指令；基于所述目标指令，通过电机驱动单元控制所述血管介入器械头端的行驶方向，通过升降单元控制电磁铁模块中的至少一个电磁铁的运动方向；基于所述目标指令，确定所述电磁铁模块中各个电磁铁的组合电流；启动双极程控电源，基于所述组合电流，为所述电磁铁模块中各个电磁铁进行供电，生成所述电磁铁模块的组合磁场；基于所述组合磁场，控制血管介入器械头端的所指方向，并根据所述介入器械头端的指向和行驶方向，控制所述血管介入器械移动到目标位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |